KR101340445B1 - 가스절연 스위치기어 조립체 - Google Patents

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KR101340445B1
KR101340445B1 KR1020110067926A KR20110067926A KR101340445B1 KR 101340445 B1 KR101340445 B1 KR 101340445B1 KR 1020110067926 A KR1020110067926 A KR 1020110067926A KR 20110067926 A KR20110067926 A KR 20110067926A KR 101340445 B1 KR101340445 B1 KR 101340445B1
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디에고 솔로구렌-산체쓰
틸로 볼리
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에이비비 테크놀로지 아게
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Abstract

본 개시는, 축방향(X)을 한정하며 적어도 하나의 공칭 컨덕터(nominal conductor)를 둘러싸는 캡슐화부(3과 103)를 포함하는 적어도 하나의 버스바(busbar)를 구비한 가스절연 스위치기어 조립체(1)에 관한 것이다. 캡슐화부는 보상부(20a, 20b, 및 20c)를 통해서 서로 접속된 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 및 10c)을 포함한다. 쌍을 이루는 모듈(10a, 10b, 및 10c)은, 축방향으로 이어지며 제1의 모듈의 제1의 부착점(32a, 32b, 및 32c)과 제2의 모듈의 제2의 부착점(34b와 34c)에 부착되는 적어도 하나의 타이 로드(tie rod: 30a, 30b, 및 30c)에 의해 부착된다. 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 및 132c)과 제2의 부착점(34a, 34b, 및 134a) 사이에서의 적어도 하나의 타이 로드의 축방향으로의 길이(F1과 F2)에 있어서의 열적 변화, 제1의 모듈(10a, 10b, 및 110a)의 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 및 132c)과 제1의 기준점(12a, 12b, 및 112a) 사이의 거리(A, A1, 및 A3)에 있어서 축방향으로의 열적 변화, 및 제2의 모듈(10b, 10c, 및 110b)의 제2의 부착점(34a, 34b, 및 134a)과 제2의 기준점(12b, 12c, 및 112a) 사이의 거리(A, A2, A4)에 있어서의 축방향으로의 열적 변화는, 캡슐화부가 가열되거나 냉각될 때 모듈 거리가 축방향으로 기설정 양 미만으로 변화하도록 적어도 부분적으로 보상된다.

Description

가스절연 스위치기어 조립체{GAS-INSULATED SWITCHGEAR ASSEMBLY}
본 발명은 특히 중(中)전압 및/또는 고전압 범위의 1차 전력(primary power)의 전송을 위한 가스절연 스위치기어 조립체에 관한 것이다.
가스절연 스위치기어(GIS: gas-insulated switchgear) 조립체는 전형적으로, 1차 전력의 전송을 위해 소위 버스바(busbar)를 통해서 서로 전기 접속된 복수의 스위치를 포함한다. 단상(單相: single-phase) 캡슐화된 버스바 뿐만 아니라 다상(多相:polyphase) 캡슐화된 버스바도 종래기술로부터 알려져 있다. 단상 버스바는 일반적으로, 절연가스에 의해 금속 캡슐화된 하우징의 형태로 그 자체의 캡슐화부(encapsulation) 내에 배치된 1차 컨덕터(primary conductor)를 의미한다. 단상 캡슐화된 버스바와 달리, 다상, 예를 들면 3상 캡슐화된 버스바의 경우에는, 상이한 전기적 위상을 갖는 1차 컨덕터들이 하나의 금속 캡슐화된 하우징 내에 함께 배치된다.
GIS의 실시 형태에 따라, 예를 들면 고전압 조립체의 형태의 경우에는, 스위치들이 서로 다른 스위치 패널에 배치된다. 복수의 스위치 패널이 단상 또는 다상의 캡슐화된 버스바를 통해서 서로 접속된다. 버스바는 GIS의 소형화를 위해서 일반적으로 스위치 패널에 대해 횡방향으로 배치되게 된다. 널리 사용되는 GIS 조립체 개념의 일례에서, 각각의 스위치 패널은 축방향으로 뻗어있는 버스바 또는 복수의 버스바의 종방향 부위(longitudinal section)를 포함하며, 이 축방향은 원통형의 버스바에 의해 한정된다. 이러한 버스바의 부위들은 버스바 모듈이라고도 일컬어진다. 이 경우에, 버스바 모듈의 캡슐화부는 일반적으로 각각의 스위치 패널에 대해서 축방향에 대해 횡방향으로 이어진 적어도 하나의 인출선(outgoer)을 구비하며, 이 인출선을 통해서 하나의 접속 컨덕터가 각 위상에 대한 각각의 회로 차단기에 연결된다.
버스바 모듈은 이 경우에 스위치 패널을 통해서 기초부(foundation)에 견고히 접속된다. 다시 말하면, 스위치 패널은 그 버스바 모듈과 함께 서로 고정된 간격으로 배치된다. 실시 형태에 따라, 버스바의 각각의 버스바 모듈 사이에는 보상부(compensation unit)가 배치되어, 버스바의 개별 모듈의 서로에 대한 열팽창을 보상하게 된다. 개별 모듈의 서로에 대한 열팽창을 허용하기 위해, 버스바의 캡슐화부는 보상부의 영역에서 여전히 기밀(氣密: gas tight) 방식으로 국부적으로 비연속적이게 된다. 이는 종종, 하나의 관형부(tubular section)가 다른 하나의 관형부 안으로 밀어 넣어질 수 있으며 각각의 관형부는 인접한 보상부의 기계적인 부착을 위해 그 단부들 중 하나에 플랜지부를 가짐으로써, 축방향으로 이동할 수 있는 캡슐화 부위를 형성하는 2개의 관형부에 의해서 이루어진다. 그래서 보상부는 축방향으로 가변 길이를 갖는다. 게다가, 보상부와 버스바 모듈 내의 절연가스는 기설정 가스 압력을 갖는다. 버스바 모듈과 보상부로 형성된 버스바가 가열되게 되면, 버스바 모듈의 캡슐화 부위는 축방향으로 팽창하게 된다. 서로 기계적으로 접속된 2개의 인접한 버스바 모듈/모듈의 경우에, 이러한 열팽창은 축방향으로 서로 반대 방향의 성분을 갖는 힘을 발생시킨다. 그 결과, 이들 버스바 모듈이 그 서로 마주하는 단부에서 예를 들면 직접 혹은 타이 로드(tie rod)를 통해서 서로 견고히 접속되어 있으면, 2개의 버스바 모듈/모듈은 서로 멀어지는 방향으로 이동하게 된다. 이는 심한 응력을 발생시키며 기초부의 스위치 패널에 대한 고정부에 하중을 가할 수 있다.
따라서, 이를 방지하기 위해서는 적절한 조치가 취해져야 한다. 보상부 내의 가스가 가열되게 되면, 이는 가스가 접촉하고 있는 버스바 모듈/모듈의 표면에 작용하는 가스 압력에 의한 힘만을 발생시키며, 보상부의 가변 길이의 하우징으로 인해, 그 가변 길이의 하우징의 열팽창 때문에 축방향으로 작용하는 힘은 발생하지 않는데, 이는 하우징의 열팽창된 부위가 서로에 대해 슬라이딩 운동을 하기 때문이다.
버스바 모듈/모듈의 열팽창에 의해 야기되어 캡슐화부측 또는 하우징측에 작용하는 힘은 가스의 가열에 의해 야기되는 힘보다 몇 배는 더 크기 때문에, 열팽창에 의해 야기되는 힘을 보상하는 것은 매우 중요하다.
전술한 열팽창에 의해 야기되는 힘을 상쇄시키기 위한 다양한 보상 방법이 종래기술로부터 알려져 있다.
일례로서, 특허문서 DE 10 2007 038 934 A1은 첫 번째 방법을 제시한다. 이 보상부에는, 관형(管形)의 종방향 부위의 길이가 변할 때 관형의 종방향 부위의 보상 영역과 팽창 영역의 체적의 총량이 거의 일정하게 유지되도록 하여, 가스의 압력에 의해 문제가 되는 힘이 발생하지 않도록 하고 접속 모듈의 열팽창에 의한 힘이 서로 작용하지 않도록, 소정량의 가스를 유지하기 위한 팽창 영역이 제공된다.
이 방법은 보상 벨로스(compensation bellows)의 길이의 변화에 의해 가스 압력의 변화를 보상하고 접속 모듈의 열팽창에 의해 야기되는 힘의 유효성을 억제할 수 있지만, 비교적 복잡하고 까다로운 설계로 인해 상당히 복잡한 구조를 초래하게 된다.
두 번째 방법에서는, 캡슐화부의 열팽창에 의해 발생하는 힘을 흡수하기 위해 타이 로드(tie rod)가 사용된다. 일례로서, 특허문서 EP 0 093 687 A1은 이 방법을 보여준다. EP 0 093 687 A1에는 버스바 및 그 캡슐화부/하우징으로부터의 인출선이 GIS의 기초부에 대해 고정 위치에 고정되는 버스바 시스템과 스위치 패널을 구비한 압축가스 절연 고전압 스위치기어 조립체가 개시되어 있다. 이 경우에, 버스바의 전체적인 팽창 및 이로 인해 발생하는 힘을 분산시키기 위해, 버스바는 2개의 평행한 축 사이에서 분할된다. 가스 압력에 의해 야기되는 버스바의 열팽창 힘에 대해서 힘의 감결합(decoupling)을 또한 달성하기 위해, 각각의 인출선은 보상 벨로스를 통해서 접속 모듈 및 버스바 모듈에 접속됨으로써, 버스바는 고정 위치의 인출선에 대해서 효과적으로 유지되게 된다. 이를 위해, 보상 벨로스와 이들 보상 벨로스의 사이에 위치된 인출선 모두를 커버할 수 있도록 타이 로드가 배치된다. 그 결과, 버스바 부위의 캡슐화부의 열팽창은 인출선 및 기초부에 대한 그 부착부에 어떠한 힘도 발생시키지 않는다.
이 보상 방안은 지그재그 형상으로 수축된 버스바로 인해 막대한 공간을 차지하게 된다. 게다가, 이러한 구조는 제작하기에도 복잡하고, 각각의 인출선에 대해 2개의 보상기(compensator)를 요하며, 캡슐화부의 열팽창을 보상하는 대신에 버스바의 지그재그 형상의 구성에 의해 이를 극복한다.
따라서, 본 발명의 목적은 캡슐화부의 열팽창으로 인한 가스 압력의 힘에 의해 발생하는 힘이 비교적 간단한 방식으로 근본적으로 보상됨으로써, 축방향으로 연속적인 버스바를 제작할 수 있게 하는 스위치기어 조립체를 특정하는 것이다.
이 목적은 청구항 1에 명시된 스위치기어 조립체에 의해 달성된다.
일 양태에 따르면, 축방향을 한정하며 캡슐화부를 포함하는 적어도 하나의 버스바를 구비한 가스절연 스위치기어 조립체가 제공되며, 상기 캡슐화부는: 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈로서, 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 제1의 모듈은 특히 고정 위치에서 유지되어야 하는 상기 축방향으로의 제1의 기준점을 가지며, 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 제2의 모듈은 특히 고정 위치에서 유지되어야 하는 상기 축방향으로의 제2의 기준점을 갖는, 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈과; 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 각각의 모듈 사이에 배치된 보상부와; 각 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 상기 제1의 기준점과 상기 제2의 기준점 사이의 축방향 거리에 의해 정해지는, 특히 일정하게 유지되는 적어도 하나의 모듈 분리부와; 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈에 결부되며 상기 축방향으로 뻗어있는 적어도 하나의 타이 로드로서, 상기 타이 로드는 제1의 부착점에서 상기 제1의 모듈에 부착되고 제2의 부착점에서 상기 제2의 모듈에 부착되며, 상기 제1의 부착점과 상기 제2의 부착점 사이에서의 상기 적어도 하나의 타이 로드의 축방향의 길이에 있어서의 열적 변화, 상기 제1의 모듈의 상기 제1의 부착점과 상기 제1의 기준점 사이의 거리의 축방향에 있어서의 열적 변화, 및 상기 제2의 모듈의 상기 제2의 부착점과 상기 제2의 기준점 사이의 거리의 축방향에 있어서의 열적 변화가 적어도 부분적으로 서로 보상되며, 그에 따라 상기 캡슐화부가 가열되거나 냉각될 때 상기 모듈 분리부가 축방향으로 기설정 양보다 적게 변하는, 상기 적어도 하나의 타이 로드를 구비한다.
이하의 기재에 있어서, 캡슐화부라는 용어는 버스바의 캡슐화부 전체를 의미한다.
이러한 GIS의 제1의 이점은, 버스바의 캡슐화부의 모듈의 열팽창 및 가스 압력으로부터 발생하는 힘이 이를 위한 어떠한 극도로 복잡한 보상 장치도 필요없이, 예를 들면 DE 10 2007 038 934 A1에 따른 보상 장치도 필요없이 보상될 수 있다.
제2의 이점은, 본 발명에 따른 방안은 버스바가 선형 구조를 가짐에도 열팽창의 결과로서 발생하는 힘의 상당 부분이 흡수되도록 함으로써, EP 0 093 687 A1에서와 같은 복잡한 지그재그 형상의 구성을 회피할 수 있게 한다.
이 경우에, 타이 로드, 제1의 부착점과 제1의 기준점 사이에서의 제1의 모듈, 및 제2의 부착점과 제2의 기준점 사이에서의 제2의 모듈의 열적 변화는 서로에 대해 고정 비율이 된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 적어도 하나의 타이 로드는 제1의 부착점과 제1의 기준점 사이에서의 제1의 모듈 및 제2의 부착점과 제2의 기준점 사이에서의 제2의 모듈과 실질적으로 동일한 온도에 있을 수 있다.
축방향으로의 열적 변화, 예를 들면 팽창에 대한 보상은 예를 들면, 제1의 부착점과 제2의 부착점 사이에서의 타이 로드의 열적 변화, 제1의 모듈의 제1의 부착점과 제1의 기준점 사이의 거리의 축방향에 있어서의 열적 변화, 및 제2의 모듈의 제2의 부착점과 제2의 기준점 사이의 거리의 축방향에 있어서의 열적 변화가, 모듈 분리부에 있어서 변화의 확대를 초래하도록 반대 방향으로 서로 보강시키지 않음을 의미한다.
예를 들면, 축방향으로의 기설정 양은 제1의 모듈의 제1의 부착점과 제1의 기준점 사이의 거리와 제2의 모듈의 제2의 부착점과 제2의 기준점 사이의 거리의 합계의 길이 변화보다 더 작다.
즉, 그 재료와 부착점은 캡슐화부와 타이 로드의 온도가 변화할 때 모듈 분리부가 가능하면 작은 변동 범위를 갖도록 선택된다.
다른 실시예와 조합될 수 있는 일 실시예에서, 타이 로드는 강성(剛性)이어서, 타이 로드의 축방향으로의 열적 변화는 타이 로드의 적어도 하나의 재료의 열 특성에 기초하며, 특히 타이 로드의 적어도 하나의 재료의 열 특성에만 기초한다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 타이 로드의 상기 제1의 부착점과 제2의 부착점 사이의 축방향의 길이는 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 모듈 분리부보다 더 크며, 상기 적어도 하나의 타이 로드에 의한 상기 축방향으로의 열팽창은 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 축방향으로의 열팽창을 적어도 부분적으로 보상한다.
모듈 분리부보다 더 큰 부착점들 사이의 거리를 갖는 타이 로드를 선택한다는 것은 캡슐화부의 모듈의 재료가 가열될 때, 기준점들이 고정 위치에서 유지되더라도 타이 로드의 길이가 증대되는 것과 동일한 방식으로 부착점들 사이의 분리부가 확대된다는 것을 의미한다. 특히, 이는 캡슐화부의 모듈의 축방향으로의 열팽창과 타이 로드의 열팽창이 서로 일치되는 것을 보장할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 모듈 분리부는 특히 제1 및 제2의 모듈과 타이 로드의 사이에 50℃의 온도 변화가 있을 때 1% 미만, 특히 0.5% 미만의 변화가 이루어질 수 있다. 모듈 분리부의 이러한 미소한 변화는 스위치 패널이 응력을 받아서 그 기초부로부터 찢겨져 나갈 가능성을 예방한다.
가스절연 스위치기어 조립체는 절연가스, 예를 들면 가압된 6플루오르화황 (SF6)으로 충전된다. 가열되고 있는 전류 운반 부분에 의해서도 압력은 증가할 수 있다. 20℃에서의 압력은 2.5 바(bar), 특히 4 바(bar)보다 더 높을 수 있다. 절연가스가 가열됨에 따른 힘의 증가의 영향은 1차 근사(first approximation)에 의하면 캡슐화부의 열팽창에 의한 힘의 증가와 비교하면 경미하다.
실례로서, 일 실시예에서, 축방향으로의 열팽창에 기여하는 캡슐화부 및/또는 캡슐화부의 모듈의 적어도 하나의 재료와 축방향으로의 열팽창에 기여하는 타이 로드의 적어도 하나의 재료는, 캡슐화부와 타이 로드가 (온도 변화가) 50℃가 되도록 가열될 때, 모듈 분리부가 1% 미만, 특히 0.5% 미만으로 변화하도록 선택된다. 예를 들면, 축방향으로의 팽창 계수가 한정되도록 재료가 선택될 수 있다. 예를 들면, 제1의 부착점과 제2의 부착점 사이의 타이 로드의 축방향 길이가 모듈 분리부보다 더 긴 경우에는, 캡슐화부의 재료의 축방향으로의 팽창 계수가 타이 로드의 적어도 하나의 재료의 축방향으로의 팽창 계수보다 더 크다. 캡슐화부와 타이 로드는 모두 복합 재료로 구성될 수 있다. 복합 재료의 성질과 실시 형태에 따라, 이는 유사한 크기를 가지고도 예를 들면 강철로 구성된 실시예의 경우보다 더 큰 인장력을 흡수할 수 있다.
다른 실시예에서, 제1의 부착점과 제2의 부착점 사이의 타이 로드의 축방향 길이가 모듈 분리부보다 더 작은 경우에는, 타이 로드의 적어도 하나의 재료의 축방향으로의 팽창 계수가 음(negative)의 수치를 가질 수 있다.
일 실시예는 제1의 기준점과 제1의 부착점의 사이 및 제2의 기준점과 제2의 부착점의 사이의 캡슐화부의 축방향으로의 열팽창과, 제1의 부착점과 제2의 부착점 사이에서의 적어도 하나의 타이 로드의 축방향으로의 열팽창은 (온도 변화가) 50℃가 되도록 가열될 때, 모듈 분리부가 1% 미만, 특히 0.5% 미만으로 변화하도록 서로 보상하는 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들면, 일 실시예에서, 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 모듈들 각각은 보상부의 그 기준점으로부터 이탈된 축방향 부위를 가지며, 상기 적어도 하나의 타이 로드는 각각의 경우에 부착점에서 축방향 부위 또는 기준점에 부착된다. 즉, 제1의 부착점은 제1의 기준점에 배치되고 제2의 부착점은 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 제2의 모듈의 축방향 부위에 배치되거나 혹은 반대로, 제2의 부착점은 제2의 기준점에 배치되고 제1의 부착점은 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 제1의 모듈의 축방향 부위에 배치될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 각 모듈의 기준점은 모듈의 축방향의 중심에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 타이 로드는 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 제1 및 제2의 모듈의 가스 영역의 외부에 배치될 수 있다. 이는 적어도 하나의 타이 로드를 캡슐화부 또는 캡슐화부의 모듈과 동일한 온도로 유지시킬 수 있도록, 캡슐화부로부터의 폐열(廢熱)을 이용할 수 있게 한다. 또한, 그리고 나면 타이 로드는 보다 수월하게 끼워질 수 있다.
실례로서, 일 실시예에서, 부착점들 중 적어도 하나는 캡슐화부의 각 모듈의 축방향 단부에 배치될 수 있다. 이는 타이 로드가 최대의 길이를 가질 수 있게 한다.
일 실시예는 제1의 모듈의 제1의 기준점과 제1의 부착점 사이의 분리부와 제2의 모듈의 제2의 기준점과 제2의 부착점 사이의 분리부가 동일한 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 스위치기어 조립체의 간단한 설계 및 복잡하지 않은 구성을 가능케 한다.
실시예에 따라, 버스바 모듈들과 그들의 캡슐화 부위는 직접 또는 스위치 패널의 다른 구성요소에 의해 간접적으로, 특히 기준점의 영역에서, 고정 위치에서 기초부에 접속된다.
또한, 일 실시예에서, 상기 모듈들은 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다.
실례로서, 일 실시예에서, 적어도 2개의 모듈 및/또는 보상부의 가스는 20℃에서 2.5 바(bar)보다 더 높은 압력, 특히 4 바(bar)보다 더 높은 압력에 있을 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 캡슐화부의 제1 및/또는 제2의 모듈, 특히 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈에 있는 알루미늄은 축방향으로의 길이의 변화에 기여한다.
게다가, 일 실시예는 강철이 적어도 하나의 타이 로드에 있어서 축방향으로의 길이의 변동에 기여하는 것을 특징으로 한다.
이와 달리 혹은 이에 더해서, 타이 로드는 적어도 부분적으로 복합 구조로 이루어진다. 실시예에 따라, 예를 들면 축방향으로 또는 버스바의 배치 방향으로의 종방향 힘이 최적으로 흡수될 수 있도록, 축방향으로 배향된 탄소 섬유 재료는 시멘트에 의해 서로 결합되어 복합 재료를 형성하게 된다. 버스바 모듈에 대한 기계적인 연결을 위해, 복합 재료는 예를 들면 안구(eye)의 형태로, 예를 들면 그 단부에서 금속제 접속 요소에 접속된다. 하나 또는 그 이상의 복합 재료의 사용은 예를 들면, 타이 로드의 팽창 및 힘 흡수 거동(behavior)을 사전에 정밀하게 설정할 수 있게 한다. 따라서, 순수 금속 재료를 사용하여 현재까지는 달성하는 것이 가능하지 않았던 특징들을 갖는 타이 로드의 제작을 가능케 한다.
복합 재료로 구성된 타이 로드의 사용은 부착점이 모듈에 보다 더 자유롭게 배치될 수 있게 한다. 게다가, 복합 재료는 종종 비용이 덜 들며 낮은 질량을 갖는다.
또한, 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 보상부는 기준점과 마주하는, 상기 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 적어도 하나의 모듈 부위의 축방향으로의 열에 의한 길이 변화를 서로 보상할 수 있다. 예를 들면, 제1의 기준점으로부터 제2의 모듈과 마주하는 모듈 부위와 제2의 기준점으로부터 제1의 모듈과 마주하는 모듈 부위는 모두 팽창하며, 보상부의 축방향으로의 팽창은 저감된다. 예를 들면, 이는 서로 슬라이딩 운동을 하는 캡슐화 부위에 의해서 달성될 수 있다.
게다가, 일 실시예는 스위치기어 조립체가 축방향으로 서로 전후(前後) 관계로 배치된 2개 초과의 모듈을 가지며, 2개의 축방향으로 인접한 모듈은 각각의 경우에 쌍을 이루는 것을 특징으로 한다.
하나의 구체적인 실시예에서, 타이 로드는 캡슐화부의 위로 배치될 수 있는데, 즉 지구의 중력 방향의 반대 방향에서 캡슐화부로부터 배치될 수 있다. 그러면, 캡슐화부와 타이 로드 사이의 온도 차는 더 작게 되는데, 이는 특히 캡슐화부 또는 하우징에 의해 가열된 공기가 타이 로드를 지나가기 때문이다.
일 실시예에서, 타이 로드는 축방향으로의 스프링 작용을 제공하는 스프링 요소를 구비하지 않는다.
본 발명의 다른 이점, 특징, 양태 및 상세 사항과 함께 본 발명의 바람직한 실시예 및 특별한 양태는 청구범위, 상세한 설명 및 도면으로부터 분명해질 것이다.
도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 이하의 기재에서 본 발명이 설명될 것이며, 이로부터 다른 이점 및 변형들이 분명해질 것이다.
본 발명은 축방향으로 연속적인 버스바를 제작할 수 있게 하는 스위치기어 조립체를 제공한다.
도 1은 공칭 컨덕터(nominal conductor)가 없는 가스절연 스위치기어 조립체의 일 실시예의 상세사항의 개략적인 횡단면 측면도를 도시하고,
도 2는 가스절연 스위치기어 조립체의 다른 실시에의 상세사항의 개략적인 횡단면 평면도를 도시하며,
도 3은 일 실시예에 있어서의 모듈 분리부의 열적 증가에 대한 개략적인 그래프를 도시하고,
도 4는 다른 실시예에 있어서의 모듈 분리부의 열적 증가에 대한 개략적인 그래프를 도시한다.
도 1은 가스절연 스위치기어 조립체(1)의 일 실시예의 일 부위의 개략적인 횡단면 측면도를 도시한다. 스위치기어 조립체(1)는 캡슐화부(3)를 갖는다. 실례로서, 캡슐화부(3)는 알루미늄 주조 또는 알루미늄 합금, 혹은 복합 재료로 형성될 수 있다. 도 1에는 공칭 컨덕터도 절연체도 도시되어 있지 않다.
가스절연 스위치기어 조립체의 복수의 (고전압) 스위치 패널은 전형적으로 팽행하게 배치되며 버스바에 의해 서로 전기 기계적으로 접속되며, 이 버스바는 일반적으로 스위치 패널들에 대해 직각으로 배치된다. 기계적으로, 부위 또는 버스바 모듈이 스위치 패널의 일부가 될 수 있으며, 스위치 패널에 견고하게 접속될 수 있다.
실례로서, 도 1에 도시된 부위는 가스절연 스위치기어 조립체(1)의 버스바(2)일 수 있다. 개시된 실시예의 내용은 버스바에 의해, 스위치기어 조립체의 다른 부위도 또한 커버할 수 있다. 도 1에 도시된 예는 단상(單相:single-phase)의 캡슐화된 버스바(2)를 예시하고 있으나, 본 발명에 따른 기술적 가르침은 상응하는 방식으로 다상(多相) 캡슐화된 버스바에도 또한 적용될 수 있다. 후자의 경우에, 각각의 공칭 컨덕터는 그 자체의 보상부에 의해서 2개의 버스바 모듈 사이의 영역으로 둘러싸임으로써, 결국에는 이 영역에서 단상의 캡슐화부를 갖게 된다.
버스바(2)의 캡슐화부(3)는 축(X)을 따라서 서로 전후(前後)관계로 배치된, 즉 하나의 위상의 공칭 컨덕터에 대해 정렬된 복수의 모듈(10a, 10b, 및 10c)을 포함한다. 일 실시예에서, 축(X)은 단상 캡슐화된 버스바(2)의 경우에 공칭 컨덕터의 축에 또한 대응된다. 도 1은 3개의 모듈을 도시한다. 일 실시예에 따른 스위치기어 조립체는 축(X)을 따라서 서로 전후관계로 배치된 단 2개의 모듈, 혹은 축(X)을 따라서 서로 전후관계로 배치된 3개 이상의 모듈도 또한 구비할 수 있다. 이들 모듈은 축방향의 그 두 단부 사이의 모듈 길이(D)를 가지며, 그 단부 각각에는 다른 모듈 또는 보상부와 접속될 수 있도록 접속 레벨(connecting level: 8)이 배치된다.
캡슐화부의 모듈(10a, 10b, 및 10c)은 기초부(5) 상에 배치되며, 고정 위치에서 예를 들면 고전압 스위치를 통해서 간접적으로 기초부에 접속된다.
각각의 보상부(20a, 20b)가 캡슐화부(3)의 각각의 2개의 축방향으로 인접한 모듈(10a와 10b; 10b와 10c)의 사이에 배치된다. 예를 들면, 인접한 스위치 패널은 그래서 캡슐화부의 모듈(10a, 10b, 및 10c) 사이에서 보상부(20a와 20b)를 통해서 접속될 수 있다. 실시예에 따라, 보상부(20a와 20b)는 스위치 패널의 상당 부분을 제거할 필요없이 가스절연 스위치기어 조립체의 이 조립체를 간략화하는데에도 또한 이용될 수 있다. 따라서, 보상부(20a와 20b)는 축방향(X)으로 가변 길이(C)를 갖는다. 일 실시예에서, 이 가변 길이는 2개의 원통에 의해 달성될 수 있으며, 이 2개의 원통은 상이한 직경을 가지며 서로 겹치게 밀어 넣어질 수 있다.
실례로서, 일 실시예에서, 모듈(10a, 10b, 및 10c) 각각은 그 축방향 단부에서 플랜지(16)를 가지며, 이 플랜지(16)는 보상부의 각각의 축방향 단부에서 플랜지(26)에 견고하게 접속된다. 캡슐화부의 모듈(10a, 10b, 및 10c) 상의 플랜지와 보상부(20a와 20b) 상의 플랜지는 각각 원형(圓形)일 수 있다.
보상부와 모듈 사이의 접속 레벨(8)에는 절연체(109)(도 2 참조)가 배치될 수 있으며, 작동부 예를 들면, 공칭 컨덕터(101)(도 2 참조)에 끼워진다. 절연체는 지지 절연체 또는 파티션 절연체의 형태가 됨으로써 요구조건 및 유지보수 개념에 따라 버스바를 다양한 가스 격실(gas compartments)로 분할할 수 있다.
예를 들면 접속 레벨(8)에 배치된 절연체에 의해 보상부 내의 가스 영역이 모듈(10a, 10b, 및 10c) 내의 가스 영역으로부터 분리될 때 보상부(20a와 20b) 내의 가스 압력은 힘을 유발하여 축방향(X)으로의 그 길이(C)를 증대시킬 수 있으며, 그에 따라 캡슐화부의 각각의 인접한 모듈(10a, 10b, 및 10c)에 축방향의 힘을 가하게 된다. 이들 힘을 보상하고 캡슐화부의 모듈(10a, 10b, 및 10c)의 위치를 고정시키기 위해, 타이 로드(30a, 30b, 및 30c)가 버스바의 캡슐화부의 축방향으로 인접한 모듈들에 부착된다.
캡슐화부의 모듈(10a, 10b, 및 10c)은 서브스테이션(substation)의 스위치 패널의 각 부분이다. 스위치 패널들 사이의 분리부 또는 모듈 분리부는 전형적으로 스위치 패널의 고정 위치 부위에 의해 조절된다. 예를 들면, 도 1에 도시된 구조는 제1의 모듈(10a)과 제2의 모듈(10b) 사이의 제1의 모듈 분리부(E1)와, 제2의 모듈(10b)과 제3의 모듈(10c) 사이의 제2의 모듈 분리부(E2)를 갖는다. GIS의 실시 형태에 따라, 도면에 도시된 바와 같이 제1의 모듈 분리부(E1)가 제2의 모듈 분리부(E2)와 동일하거나, 또는 다르다(도시하지 않음).
캡슐화부의 모듈(10a, 10b, 및 10c)은 각각의 기준점(12a, 12b, 및 12c)을 갖는다. 기준점이라는 용어는 본 상세한 설명과 특허청구범위에서 이해를 돕기 위해 선택되었다. 기준점(12a, 12b, 및 12c)은 각각 근본적으로 고정 위치에서 유지되는 각각의 모듈에 있는 점이다. 예를 들면, 버스바 모듈 및 이와 결부된 스위치 패널이 기초부(5)의 그 고정점으로부터 찢겨 나가지 않도록, 또는 스위치 패널에 상당한 기계적인 응력이 발생할 때, 기준점(12a, 12b, 및 12c)은 근본적으로 기초부(5)에 대해 3차원 공간에서 고정 위치에서 유지된다. 실시 형태에 따라, 기준점(12a, 12b, 및 12c)은 직접 또는 예를 들면 모듈과 결부된 스위치 패널에 있는 고전압 스위치를 통해서 간접적으로 기초부(5)에 접속된다. 그래서 기준점(12a, 12b, 및 12c)은 축방향(X)으로 공칭 컨덕터의 인출선에 인접하게 배치될 수 있으며, 이 공칭 컨덕터는 예를 들면 고전압 스위치를 통과한다.
다른 실시예와 조합될 수 있는 도 1에 도시된 실시예에서, 기준점은 축방향으로 각각의 모듈(10a, 10b, 및 10c)의 중앙에 배치되어 있다.
실례로서, 캡슐화부의 모듈(10a, 10b, 및 10c)의 각각의 서로 마주하는 단부와 기준점(12a, 12b, 및 12c) 사이에서의 캡슐화부(3)의 열팽창은 각각의 경우에 보상부(20a와 20b)에 의해 보상되며, 이 보상부의 길이(C)는 축방향(X)으로 그만큼 줄어들게 된다. 다시 말하면, 모듈(10a, 10b, 및 10c)의 각각의 서로 마주하는 단부와 기준점(12a, 12b, 및 12c) 사이에서의 캡슐화부의 각 부위는 축방향(X)으로 각각의 하나의 부위 길이(section length: B2)에 의해 늘어나게 되며, 보상부(20a와 20b)의 축방향 길이(C)는 줄어들게 된다. 보상부는 도 1과 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 부분적으로 서로 겹치게 밀어 넣어질 수 있는 중공의 원통에 의해서 줄어들게 된다. 보상부(20a와 20b)가 없으면, 2개의 인접한 모듈(10a, 10b, 10c)은 열팽창의 경우에 각각 파손될 수 있다.
제1의 타이 로드(30a)는 제1의 부착점(32c)에서 캡슐화부(3)의 제1의 모듈(10a)에 부착된 제1의 단부(36a)와 제2의 부착점(34a)에서 캡슐화부(3)의 제2의 모듈(10b)에 부착된 제2의 단부(38a)를 갖는다. 이에 대응하여 제2의 타이 로드(30b)는 제1의 부착점(32b)에서 캡슐화부(3)의 제2의 모듈(10b)에 부착된 제1의 단부(36b)와 제2의 부착점(34b)에서 캡슐화부(3)의 제3의 모듈(10c)에 부착된 제2의 단부(38b)를 갖는다. 또한, 제3의 타이 로드의 제1의 단부(36c)는 제1의 부착점(32a)에서 캡슐화부(3)의 제3의 모듈(10c)에 부착된다. 하지만, 제3의 타이 로드(30c)는 도 1에 그 전체가 도시되지는 않았다. 제3의 타이 로드(30c)의 (도면에서) 보이지 않는 단부는 캡슐화부(3)의 도시하지 않은 모듈에 부착된다.
제1의 타이 로드(30a)를 통해서 서로 유지되는 제1의 모듈(10a)과 제2의 모듈(10b)로 형성된 캡슐화부(3) 내의 2개의 축방향으로 인접한 모듈의 제1의 쌍의 경우에, 부착점은 다음과 같이 배치된다:
제1의 타이 로드(30a)는 제1의 모듈의 기준점(12a)에 대해, 제2의 모듈(10b)로부터 반대쪽으로 향해 있는 부위(14F1a)를 갖는다. 제1의 부착점(32a)은 제1의 모듈의 이 부위(14F1a)에 배치된다. 제2의 모듈(10b)은 이 제2의 모듈(10b)의 기준점(12b)에 대해, 제1의 모듈(10a)로부터 반대쪽으로 향해 있는 부위(14F1b)를 갖는다. 제2의 부착점(34a)은 제2의 모듈의 이 부위(14F1b)에 배치된다.
제2의 타이 로드(30b)를 통해서 서로 유지되는 제2의 모듈(10b)과 제3의 모듈(10c)로 이루어진 모듈의 제2의 쌍에 대해서도 대응하는 방식으로 부착점(32b와 34b)이 배치된다. 제2의 모듈(10b)은 이 제2의 모듈(10b)의 기준점(12b)에 대해 제3의 모듈(10c)로부터 반대쪽으로 향해 있는 부위(14F2a)를 갖는다. 제2의 타이 로드(30b)의 제1의 부착점(32b)은 이 부위(14F2a)에 배치된다. 제3의 모듈(10c)은 대응되게 이 제3의 모듈의 기준점(12c)에 대해 제2의 모듈(10b)로부터 반대쪽으로 향해 있는 부위(14F2b)를 갖는다. 제2의 타이 로드(30b)의 제2의 부착점(34b)은 제3의 모듈(10c)의 이 부위(14F2b)에 배치된다.
이는 본 발명에 따른 길이 보상 시스템을 이해할 수 있게 하며, 이와 같은 방식으로 버스바의 다수의 모듈에 대해서도 확대될 수 있다.
하지만, 타이 로드는 그 각각의 단부(36a, 36b, 38a, 및 38b)에서 부착점에 부착될 필요는 없다. 본원의 기술 내용은 실제로 타이 로드의 선형 팽창 계수와 연계하여 부착점(32a, 32b, 32c, 34a, 및 34b) 사이에서의 타이 로드(30a, 30b, 및 30c) 및 관련 모듈의 해당 길이 부위의 축방향(X)으로의 길이와 관련된다. 도 1에서, 타이 로드 각각은 2개의 모듈(10a, 10b, 및 10c)에 걸쳐 있으며, 그 부착점(32a, 32b, 32c, 34a, 및 34b)을 통해서 버스바의 캡슐화부의 모듈의 각각의 상호 말단부에 부착된다. 캡슐화부(3)의 모듈(10a, 10b, 및 10c)의 열팽창은 모듈의 축방향에 있어서의 적절한 부착점 및 적절한 타이 로드 재료에 의해서 보상될 수 있다. 게다가, 타이 로드(30a, 30b, 및 30c)는 보상부(20a와 20b) 내에 위치된 가스로부터 축방향(X)으로 모듈에 가해지는 힘도 보상하지만, 이 힘은 모듈(10a, 10b, 및 10c)의 열팽창에 비해 미소하거나 혹은 무시할만하다. 하지만, 예를 들면 제1의 타이 로드(30a)는 제1 및 제2의 모듈(10a와 10b)이 서로 떨어져 나가는 것을 방지하고, 제2의 타이 로드(30b)는 제2 및 제3의 모듈(10b와 10c)이 서로 떨어져 나가는 것을 방지한다.
이어지는 수학적 유도는 기준점(12a, 12b, 및 12c)이 버스바(2)의 캡슐화부의 모듈(10a, 10b, 및 10c)의 축방향으로 중앙에 배치된다는 가정을 기초로 한다.
거리는 다음과 같이 정의되며, 도 1의 캡슐화부의 좍측 및 중앙 모듈을 참조하여 설명될 것이다:
A1은 제1의 부착점(32a)과 제1의 기준점(12a)에 해당하는 제1의 모듈(10a)의 중심 사이의 축방향(X)의 거리이다.
A2는 제2의 부착점(34a)과 제2의 기준점(12b)에 해당하는 제2의 모듈(10b)의 중심 사이의 축방향(X)의 거리이다.
제1 및 제2의 부착점(32b와 34b) 사이의 축방향 길이(F2)를 갖는 제2의 타이 로드(30b)와 관련된 거리는 다음과 같이 정의된다:
A3는 제1의 부착점(32b)과 제2의 모듈(10b)의 기준점(12b) 사이의 축방향(X)의 거리이고, A4는 제2의 부착점(34b)과 제3의 모듈(10c)의 기준점(12c) 사이의 축방향(X)의 거리이다.
이하의 기재에서는, 거리 A1 및 A3가 거리 A2 및 A4와 동일한 예시 목적의 실시예가 선택되었다. 따라서 이들 거리는 전체적으로 A로 지칭된다. 하지만, 거리 A1이거리 A2와 같지 않고 거리 A3가 거리 A4와 같지 않은 다른 실시예도 또한 가능하다. 이는 단지 더 복잡한 수학적 유도를 요한다.
게다가, 제1의 모듈(10a)과 제2의 모듈(10b) 사이의 제1의 모듈 분리부는 E1으로 지칭되고, 제3의 모듈(10c)과 제2의 모듈(10b) 사이의 제2의 모듈 분리부는 E2로 지칭된다. 이하의 수학적 분석을 단순화하기 위해, 제1의 모듈 분리부가 제2의 모듈 분리부와 동일하다고 가정하며, 그에 따라 간략화를 위해 E로 지칭된다. 모듈 분리부는 일반적으로 버스바(2)의 캡슐화부(3)의 모듈(10a, 10b, 및 10c)의 각각의 기준점(12a, 12b, 12c) 사이의 분리부에 해당한다.
하나의 모듈이 하나 초과의 기준점을 갖게 되면, 각 경우에 다른 모듈로부터 가장 멀리 떨어진 기준점이 2개의 축방향으로 인접한 모듈의 분석을 위한 거리 계산용의 기준점으로 선정된다. 일 영역에 걸친 기준점의 경우에는, 축방향(X)의 중심이 거리 계산용으로 선정된다.
타이 로드(30a와 30b)는 제1 및 제2의 부착점(32a와 34a 및 32b와 34b) 사이의 거리 F1과 F2를 각각 갖는다. 이하의 분석은 부착점(32a와 34a 및 32b와 34b) 사이의 타이 로드의 길이가 각 경우에 동일하며 이는 F로 지칭된다는 가정을 기초로 한다.
모듈(10a)의 길이는 D로 지칭된다. 모듈의 길이는 접속 표면(8) 사이에서의 축방향(X)의 거리이다.
게다가, 제2의 모듈(10b)과 마주하는 그 단부 또는 접속 표면(8)과 기준점(12a) 사이의 제1의 모듈(10a)의 부위의 축방향 길이는 B1으로 지칭되고, 제1의 모듈(10a)과 마주하는 그 단부 또는 접속 표면(8)과 기준점(12b) 사이의 제2의 모듈(10b)의 부위의 길이는 B2로 지칭된다. 간략화를 위해, 이하의 기재는 B1이 B2와 동일하고 이들이 B로 지칭된다는 가정을 기초로 한다.
예시 목적의 일 실시예에서, B1과 B2 및/또는 B는 축방향(X)으로 각각 제1 또는 제2의 모듈(10a 또는 10b)의 길이의 절반에 대응된다.
제1의 보상부(20a)의 축방향의 길이는 C로 지칭된다.
위에서 소개된 축방향(X) 길이들 사이의 관계는 다음과 같다:
(1) E=C+D
(2) E=F - 2A
이 경우, 축방향(X)으로의 열팽창은 다음과 같다:
(3) ΔE= ΔF-2*ΔA
일반적으로, 타이 로드의 재료와 길이는 열에 의한 힘과 응력이 최소화되도록 모든 동작 상태에 대해 최대 팽창 ΔE가 최소화될 수 있도록 선택된다.
일례의 구체적인 경우에, ΔE가 0(영)이면 축방향으로 기초부에는 어떠한 힘도 전달되지 않는다. 이 경우,보상부는 모듈의 길이 확장을 전적으로 보상하게 된다.
(4) ΔD= -ΔC
즉, 제1 및 제2의 기준점(12a와 12b)과 각각의 부착점(32a와 34a) 사이의 각각의 부위(14F1a와 14F1b)에 있어서의 캡슐화부(3)의 모듈(10a와 10b)의 축방향으로의 열팽창은 부착점(32a와 34a) 사이의 타이 로드의 팽창과 동일하다. 이는 ΔF = 2*ΔA, 및 제1 및 제2의 모듈까지의 거리가 다른 경우에는 ΔF1= ΔA1 + ΔA2를 의미한다.
캡슐화부의 모듈의 재료와 길이 및 타이 로드의 재료와 길이가 다음의 수식을 만족하도록 선택되게 되면 ΔE = 0이 달성된다:
(5) F = A*2*(αA * ΔTA/αF *ΔTF)
여기서, αA는 버스바의 캡슐화부의 모듈의 재료의 특히 축방향(X)에 있어서의 열팽창 계수이고, αF는 타이 로드의 재료의 특히 축방향에 있어서의 열팽창 계수이며, ΔTA는 캡슐화부의 모듈의 온도 변화량이고, ΔTF는 타이 로드의 온도 변화량이다.
모듈과 타이 로드가 동일한 온도에 있으면, 수식 (5)는 다음과 같이 단순화할 수 있다:
(6) F = A*2*αA/αF
도 2는 버스바(102)를 구비한 스위치기어 조립체(100)의 일 실시예의 횡단면 평면도를 도시한다. 동일한 특징부에 대해서는 도 1에 도시된 것에 100이 더해진 참조번호 및 부호로 지칭되어 있다. 따라서 추가적인 특징부만이 설명될 것이며, 이미 설명된 특징부에 대해서는 관련 기재사항 및 도 1이 참조될 수 있다.
버스바(102)의 캡슐화부(103)의 모듈(110a, 110b, 및 110c)은, 인출선이 이들 모듈(110a, 110b, 및 110c)에 경로가 설정된 공칭 컨덕터(101)로부터 도시하지 않은 개별 고전압 스위치로 허용될 수 있도록 각각 T 형상을 가지며, 이 인출선은 모듈(110a, 110b, 및 110c)의 인출부(118a, 118b, 및 118c)에 부분적으로 경로 설정되어 있다. 인출부(118a, 118b, 및 118c)는 다른 형태를 가질 수도 있다. 이 경우, 버스바(102) 상에서 축방향(X)에 대해 각각 직각으로 배치된 관형의 인출부(118a, 118b, 및 118c)의 중심은 캡슐화부(103)의 모듈(110a, 110b, 및 110c)의 기준점(112a, 112b, 및 112c)을 형성한다. 공칭 컨덕터(101)는 축방향으로 모듈(110a, 110b, 및 110c)의 단부에 배치된 절연체(109)에 의해 유지된다. 그에 따라, 가스절연 스위치 조립체에는 개별 가스 격실이 또한 형성될 수 있다. 그러면 보상부(120a와 120b)의 가압 가스는 절연체(109)를 밀게되며, 그에 따라 축방향으로 인접한 모듈(110a, 110b, 및 110c)을 축방향으로 서로 이격되게 밀게 된다. 예시의 목적으로, 도 2는 제1 및 제3의 타이 로드만을 도시하고 있다. 제2의 타이 로드는 도면에서 생략되어 있다.
타이 로드(130a와 130c)는 각각 너트(140)와 부착점(132a, 132c, 및 134a)에 의해 부착된다. 이 경우에, 부착점들(132a, 132c, 및 134a) 사이의 타이 로드의 길이는 너트(140)의 멈춤 표면과 부착점에 의해서 조절된다.
도시되지 않은 일 실시예에서는, 타이 로드가 (중력에 대해서) 모듈을 갖는 버스바의 캡슐화부의 위에 배치될 수 있다. 모듈에 의해 가열된 공기는 위쪽으로 흐르게 되어, 타이 로드를 근본적으로 모듈의 캡슐화부와 동일한 온도로 유지시키게 된다. 일 실시예에서는, 타이 로드를 캡슐화부의 온도와 유사한 온도로 맞추기 위해 열을 방산할 수 있도록 캡슐화부의 외측 표면에 플레이트가 배치될 수 있다. 다른 실시예에서는, 타이 로드와 캡슐화부의 온도를 일치시키기 위해 저 자성(磁性) 손실을 갖는 강철이 재료로 사용될 수 있다.
일 실시예의 제1의 예에서, 모듈 분리부의 변화량 ΔE는 0(zero)으로 유지된다. 모듈의 길이 D = 1.5 m 이다. 보상부의 길이 C = 0.3 m 이다. 모듈의 폭 E = 1.8 m 이다.
캡슐화부용으로는 αA = 23.8E-6/K인 전기 알루미늄(electrical aluminum)이 선택된다.
타이 로드용으로는 αF = 10.5E-6/K인 페라이트계 강철(ferratic steel)이 선택된다.
타이 로드는 제1의 부착점과 제2의 부착점의 사이에서 축방향 길이 F = 3.2　m를 가져야 한다.
제1의 예 및 산출된 타이 로드의 길이 F = 3.2　m에 대해, 도 3은 본 발명(직선 210) 및 타이 로드가 보상부의 양 단부(both ends)에 부착된 종래기술(직선 220)에 대응하는 열팽창의 비교 결과를 도시하고 있다. 주변 온도(T)가 가로 축에 표시되고, 모듈 분리부의 변화량 ΔE가 세로 축에 표시되어 있다. 이 그래프는 20℃의 주변 온도(T)에서 타이 로드가 캡슐화부의 모듈 및 보상부에 부착되었던 사실을 나타내고 있다. 그래서 직선 220은 20℃에서 0점과 교차하며(0점을 지나며) 20℃에서 모듈 분리부의 변화량 또는 팽창량 ΔE = 0 이다.
또한, 이 그래프는 모듈의 동작시에, 즉 최대 허용 전류가 모듈을 통하여 흐를 때 모듈 분리부의 팽창량 ΔE를 나타내고 있다. 이는 대략 30K의 가열을 야기한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열팽창은 항상 0으로 유지되는(직선 230 참조) 반면에, 종래기술에서는 이와 달리 20℃에서도 열팽창은 1mm를 초과한다(직선 240 참조).
따라서 도 3은 본 발명에 따른 실시예의 모듈 분리부가 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 보여주는데, 다시 말하면 축방향으로의 모듈의 길이 확장은 타이 로드의 축방향으로의 확장에 의해 보상되었음을 보여준다.
타이 로드의 재료의 팽창 계수가 모듈의 재료의 팽창 계수보다 더 작으면, 제1의 부착점과 제2의 부착점 사이의 타이 로드의 길이(F)는 모듈 분리부 및 모듈 또는 버스바의 모듈의 고정 위치에서 유지되어야 하는 점들사이의 거리(E)보다 더 크게 된다.
제2의 예를 이용하여 다른 경우가 설명될 것이다. 사용되는 치수들은 제1의 예에서 사용된 것과 동일하다.
캡슐화부의 모듈의 길이 D = 1.5 m 이다. 보상부의 길이 C = 0.3 m 이다. 모듈의 폭 E = 1.8 m 이다.
캡슐화부용으로는 αA = 23.8E-6/K인 전기 알루미늄이 선택된다.
타이 로드용으로는 αF = 12.5E-6/K인 강철(steel)이 선택된다.
주어진 치수로는 완전한 보상은 불가능하다. 그럼에도 불구하고, 도 4에 도시된 바와 같이 동일한 타이 로드 길이(F = 3.2 m)에 의해 모듈 분리부의 열팽창에 있어서 실질적이면서 적합한 저감이 이루어졌다. 동일한 그래프에는 도 3에서와 동일한 참조번호가 부여되었다.
20℃에서 타이 로드가 캡슐화부의 모듈에 끼워지기 때문에, 직선 210과 220은 20℃에서 0점과 교차한다(0점을 지나간다).
제2의 예 및 산출된 타이 로드의 길이 F = 3.2　m에 대해, 도 4는 본 발명(직선 210) 및 타이 로드가 보상부의 양 단부에 부착된 종래기술(직선 220)에 대응하는 열팽창의 비교 결과를 도시하고 있다. 주변 온도(T)가 가로 축에 표시되고, 모듈 분리부의 변화량 ΔE가 세로 축에 표시되어 있다. 이 그래프는 20℃의 주변 온도에서 타이 로드가 버스바의 모듈 및 보상부에 부착되었던 사실을 나타내고 있다. 그래서 직선 220은 20℃에서 0점과 교차하며(0점을 지나며) 20℃에서 모듈 분리부의 팽창량 ΔE = 0 이다.
또한, 이 그래프는 모듈의 동작시에, 즉 최대 허용 전류가 모듈을 통하여 흐를 때 모듈 분리부의 팽창량을 나타내고 있다. 이는 대략 30K의 가열을 야기한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 열팽창은 항상 0.5mm 미만으로 유지되는(직선 230 참조) 반면에, 종래기술에서는 이와 달리 20℃에서도 열팽창은 1mm를 초과한다(직선 240 참조).
다시 말하면, 타이 로드의 재료 및 캡슐화부의 재료의 선택에 의해서 및 부착점의 올바른 선정에 의해서, 모듈 분리부가 실질적으로 동일하게 유지되도록 버스바가 선형인 경우에 캡슐화부의 모듈의 열팽창을 보상할 수 있게 된다.
위의 상세한 설명, 특허청구범위 및 도면에 개시된 본 발명의 특징은 개별적으로 뿐만 아니라 임의의 적합한 조합에 있어서도 본 발명의 다양한 실시예의 구현에 매우 중요하다.
1, 100: 스위치기어 조립체 2, 102: 버스바(busbar)
3, 103: 캡슐화부(encapsulation) 5: 기초부(foundation)
8, 108: 접속 레벨(connecting level)
10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c: 모듈
12a, 12b, 12c, 112a, 112b, 112c: 기준점
14F1a, 14F1b, 14F2a, 14F2b, 114F1a, 114F1b: 부위
16, 26, 116, 126: 플랜지
20a, 20b, 120a, 120b: 보상부(compensation unit)
30a, 30b, 30c, 130a, 130c: 타이 로드
32a, 32b, 32c, 132a, 132c: 제1의 부착점
34a, 34b, 134a: 제2의 부착점
36a, 36b, 36c, 136a, 136c: 제1의 단부
38a, 38b, 138a: 제2의 단부
101: 공칭 컨덕터(nominal conductor)
109: 절연체 118a, 118b, 118c: 인출부
140: 부착용 너트
A1, A2, A3, A4: 기준점과 부착점 사이의 축방향 거리
B1, B2: 부위 길이 C: 보상부 길이
D: 모듈 길이 E1, E2: 모듈 분리부
F1, F2: 타이 로드의 유효 길이 T: 주변 온도
X: 축

Claims (21)

1차 전력의 전송을 위한 적어도 하나의 버스바(busbar: 2, 102)를 구비한 가스절연 스위치기어 조립체(1)로서, 상기 버스바는 축방향(X)을 한정하며 적어도 하나의 공칭 컨덕터(nominal conductor: 101)를 둘러싸는 캡슐화부(encapsulation: 3, 103)를 포함하며, 상기 캡슐화부는:
적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)로서, 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 제1의 모듈(10a, 110a)은 축방향의 제1의 기준점(12a, 112a)을 가지며, 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)의 제2의 모듈(10b, 110b)은 축방향의 제2의 기준점(12b, 112b)을 갖는, 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)과;
상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)의 각각의 모듈의 사이에 배치된 보상부(20a, 20b, 120a, 120b)와;
상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)의 각 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 상기 제1의 기준점(12a, 112a)과 상기 제2의 기준점(12b, 112b) 사이의 축방향 거리에 의해 규정되는 모듈 분리부(E1, E2)와;
상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)에 결부되며 상기 축방향으로 뻗어있는 적어도 하나의 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)로서, 상기 타이 로드는 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 132c)에서 상기 제1의 모듈(10a, 110a)에 부착되고 제2의 부착점(34a, 34b, 134a)에서 상기 제2의 모듈(10b. 110b)에 부착되며 상기 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 132c)과 상기 제2의 부착점(34a, 34b, 및 134a) 사이에 걸친 상기 축방향의 길이(F1, F2)를 가지며,
상기 제1의 모듈(10a, 110a)의 상기 제1의 기준점(12a, 112a)과 상기 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 132c)의 사이에서 상기 축방향으로 이어지는 거리(A, A1, A3) 및 상기 제2의 모듈(10b, 110b)의 상기 제2의 기준점(12b, 112b)과 상기 제2의 부착점(34a, 34b, 134a) 사이에서 상기 축방향으로 이어진 거리와 연계된 상기 적어도 하나의 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)의 선평 팽창 계수 및 길이(F1과 F2)뿐만 아니라 상기 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)의 선형 팽창 계수는, 상기 캡슐화부(3, 103)가 가열 또는 냉각될 때 상기 축방향으로의 상기 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)의 어떠한 길이의 확장도 상기 적어도 하나의 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)의 축방향 팽창에 의해 적어도 일부가 보상될 수 있도록 선택되는, 적어도 하나의 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)를
구비하는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 132c)과 상기 제2의 부착점(34a, 34b, 및 134a) 사이에서 상기 축방향으로의 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 각 쌍과 결부된 상기 적어도 하나의 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)의 길이(F1, F2)는 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 각 쌍의 모듈 분리부(E1, E2)보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캡슐화부가 가열 또는 냉각될 때 상기 모듈 분리부(E1, E2)는 기설정 양 미만으로 축방향으로 변화하는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축방향으로의 열팽창에 기여하는 상기 캡슐화부(3, 103)의 적어도 하나의 재료와 상기 축방향으로의 열팽창에 기여하는 상기 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)의 적어도 하나의 재료는, 상기 캡슐화부와 상기 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)가 50℃의 온도 변화만큼 가열될 때 상기 모듈 분리부(E1, E2)가 1% 미만으로 변화하도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1의 기준점(12a, 112a)과 상기 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 132c) 사이 및 상기 제2의 기준점(12b, 112b)과 상기 제2의 부착점(34a, 34b, 134a) 사이에서의 상기 캡슐화부(3, 103)의 상기 축방향으로의 열팽창과, 상기 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 132c)과 상기 제2의 부착점(34a, 34b, 134a) 사이에서의 상기 적어도 하나의 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)의 상기 축방향으로의 열팽창은, 50℃의 온도 변화만큼 가열될 때 상기 모듈 분리부(E1, E2)가 1% 미만으로 변화하도록 보상되는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 각 쌍의 모듈은 각각 상기 보상부(20a, 20b) 상의 상기 제1의 기준점(12a, 112a) 및 제2의 기준점(12b, 112b)으로부터 이탈한 축방향 부위(14F1a, 14F1b, 14F2a, 14F2b)를 가지며, 상기 적어도 하나의 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)는 상기 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 132c) 및 제2의 부착점(34a, 34b, 134a)에서 상기 축방향 부위 또는 상기 제1의 기준점(12a, 112a) 및 제2의 기준점(12b, 112b)에 각각 부착되는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)는 상기 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b,110c)의 상기 제1의 모듈(10a, 110a) 및 제2의 모듈(10b, 110b)의 가스 영역의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 132c) 및 제2의 부착점(34a, 34b, 134a) 중 적어도 하나는 상기 캡슐화부(3, 103)의 각각의 제1의 모듈(10a, 110a) 및 제2의 모듈(10b, 110b)의 축방향 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1의 모듈(10a, 110a)의 상기 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 132c)과 상기 제1의 기준점(12a, 112a) 사이의 분리부(A1)와, 상기 제2의 모듈(10b, 110b)의 상기 제2의 부착점(34a, 34b, 134a)과 상기 제2의 기준점(12b, 112b) 사이의 분리부(A2)는 동일한 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)은 상기 제1의 기준점(12a, 112a) 및 제2의 기준점(12b, 112b)의 영역에서 고정 위치에서 기초부(5)에 접속되는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)은 적어도 하나의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
a) 상기 적어도 2개의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c), 및
b) 상기 보상부
로 구성되는 그룹 중 적어도 하나 내에 있는 가스는 2.5 바(bar) 초과의 압력에 있는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캡슐화부의 상기 제1의 모듈(10a, 110a)과 상기 제2의 모듈(10b, 110b)로 구성되는 그룹 중 적어도 하나 내에 있는 알루미늄은 상기 축방향으로의 길이의 변화에 기여하는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)는 적어도 일부가 복합 구조로 이루어지며, 복합 부위는 상기 축방향으로의 길이에 있어서의 열적 변화에 대한 보상에 기여하는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)의 강철(steel)은 상기 축방향으로의 길이에 있어서의 열적 변화에 대한 보상에 기여하는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보상부(20a, 20b, 120a, 120b)의 적어도 하나는, 상기 제1의 기준점(12a, 112a) 및 제2의 기준점(12b, 112b) 중 하나의 기준점과 마주하는, 상기 적어도 한 쌍의 축방향으로 인접한 모듈의 각 쌍의 모듈의 적어도 하나의 모듈 부위의 축방향으로의 열에 의한 길이 변화를 서로 보상하는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
축방향으로 서로 전후(前後) 관계로 배치된 2개 초과의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)을 갖는 제1항 또는 제2항에 따른 가스절연 스위치기어 조립체로서,
2개의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c)은 각 경우에 쌍을 구성하는,
가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축방향으로의 열팽창에 기여하는 상기 캡슐화부(3, 103)의 적어도 하나의 재료와 상기 축방향으로의 열팽창에 기여하는 상기 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)의 적어도 하나의 재료는, 상기 캡슐화부(3, 103)와 상기 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)가 50℃의 온도 변화만큼 가열될 때 상기 모듈 분리부(E, E1, E2)가 0.5% 미만으로 변화하도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1의 기준점(12a, 112a)과 상기 제1의 부착점(32a, 32b, 32c, 132a, 132c) 사이 및 상기 제2의 기준점(12b, 112b)과 상기 제2의 부착점(34a, 34b, 134a) 사이에서의 상기 캡슐화부(3, 103)의 상기 축방향으로의 열팽창과, 상기 제1의 부착점(12a, 112a)과 상기 제2의 부착점(34a, 34b, 134a) 사이에서의 상기 적어도 하나의 타이 로드(30a, 30b, 30c, 130a, 130c)의 상기 축방향으로의 열팽창은, 50℃의 온도 변화만큼 가열될 때 상기 모듈 분리부(E1, E2)가 0.5% 미만으로 변화하도록 보상되는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
a) 상기 적어도 2개의 축방향으로 인접한 모듈(10a, 10b, 10c, 110a, 110b, 110c), 및
b) 상기 보상부
로 구성되는 그룹 중 적어도 하나 내에 있는 가스는 4 바 초과의 압력에 있는 것을 특징으로 하는, 가스절연 스위치기어 조립체.
제 17항에 있어서, 상기 가스절연 스위치기어 조립체는 가스절연 서브스테이션인, 가스절연 스위치기어 조립체.
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